私たちの身体は37兆個の細胞から成り立っています。その一つ一つの細胞の中にエネルギーを作り出すミトコンドリアが存在しています。これは、細胞の細胞質にある細胞内小器官です。

ミトコンドリアは特に代謝が活発な筋肉、脳、肝臓などの細胞に多く分布しています。一つの細胞に数百から数千ものミトコンドリアがあり、体重の10％を占めるほどです。ミトコンドリアはエネルギー産生工場と呼ばれています。

細胞の中で生命活動に必要なエネルギーを作り出しているのです。

ミトコンドリアは二重の膜構造で構成されています。内膜は“ひだ”がたくさんあって、内側に入り込んでいます。これをクリステと言います。この内膜にATPの合成、電子伝達系に関わる酵素が乗っています。内膜の内側はマトリックスです。

マトリックスには、TCA回路に関わる酵素やミトコンドリアのDNAがあります。

ミトコンドリアの中では、生命のエネルギー通貨と呼ばれるATP（アデノシン三リン酸、Adenosine Triphosphate）を産生しています。アデノシンにリン酸（P）が３つついているもので、エネルギーを蓄えて供給する役割を果たしています。ATPがリン酸を失うときにエネルギーが発生するのです。

またミトコンドリアは細胞の自死（アポトーシス）においても重要な役割を担っていると言われており、生命にとって重要な役割を果たしています。

エネルギーの原料は、食べ物から得られるブドウ糖（グルコース）、脂肪（脂肪酸）、タンパク質（アミノ酸）です。これらを食事として摂取した後に、３つの経路で、ATPに一度変換して、そのATPからエネルギーを得るのです。

ここでは、理解のためにブドウ糖を原料として説明致します。

解糖系の反応は細胞の細胞質で行われます。酸素のない状態で反応が起りますので、嫌気的解糖系と呼ばれています。グルコース1分子からは、ATP２分子ができます。

解糖系の反応式

C₆H₁₂O₆+2NAD+　→　2C₃H₄O₃+2NADH+2H++2ATP

C₆H₁₂O₆（ブドウ糖）1分子から、2個のC₃H₄O₃（ピルビン酸）と2個のATPが作られます。

この反応の後、

酸素がある場合には、ピルビン酸がアセチルCoAとなって、次のATP回路に進みます。

酸素がない場合には、乳酸となります。逆に、乳酸は酸素があると、アセチルCoAになり、ATP回路に入ってエネルギーを産生します。スポーツ選手が激しい運動の後に酸素療法を受けると回復が早いというのは、運動で生じた乳酸を酸素によってエネルギーに変えるためと考えられます。

ミトコンドリアを持たない赤血球や、激しい運動時などには、糖を利用した解糖系でのみATPを作りだします。激しい運動をするときにはエネルギー源として糖質が適していると言われるのはこのためです。解糖系では酸素が足りないと乳酸が産生されます。乳酸は疲労物質として知られています。ただし、乳酸については、最近疲労を逆に防ぐ性質もあるということがわかってきており、一概に疲労物質とは言えない可能性もあります(1)。また、水素を取り入れると乳酸の蓄積が抑えられるということもわかっており、疲労を防ぐためには水素も欠かせないものとなっています(2)。

ミトコンドリア内部のマトリックスという場所で回るのがATP回路です。クエン酸回路、クレブス回路など、いろいろな名前がついています。ここで、エネルギーの産生が行われます。

酸素が豊富なときにはこちらの回路が優先的に使われます。

グルコースの解糖や脂肪酸のβ酸化によって得られるピルビン酸から生成するアセチルCoAと、アミノ酸であるグルタミンがαケトグルタル酸、アスパラギン酸がオキサロ酢酸となってこの回路に入り、ATPを産生します。

エネルギー産生とともに、アセチルCoAのアセチル基を酸化して二酸化炭素（CO2）２分子に変換し、水素を還元型の補酵素の形（NADH₂,FADH₂）で補足し、アミノ酸代謝、糖代謝などの他の経路の仲介を行っています。

ATP回路の反応式（ピルビン酸）

2C₃H₄O₃+6H₂O+8NAD++2FAD　→　6CO₂+8（NADH⁺H+）+2FADH₂+2ATP

グルコース1分子から得られたピルビン酸（C₃H₄O₃）2分子から2個のATPが作られ、NADH⁺H⁺やFADH₂というエネルギー物質が作られます。これは電子伝達系に運ばれて、電子とH+を渡し、多くのATPを作ります。

クエン酸回路で出来たNADH⁺H⁺やFADH2と酸素で、28個のATPを作り出します。そのときに、水（H₂O）もできます。

電子伝達系の反応式　

10NADH+10H++2FADH₂+6O₂　→　10NAD++2FAD+12H₂O+28ATP

解糖系、TCA回路、電子伝達系、の３経路でで合わせてブドウ糖1分子から、32個のATPが産生されます。なお、このATPの個数については、計算の仕方によって、いくつか違いが出ていますが、専門的過ぎますので、ここではあまり気にしないでください。

(1) https://www.jstage.jst.go.jp/article/jspfsm/63/1/63_32/_pdf

八田秀雄　運動時の筋エネルギー代謝から考える疲労研究の現状（東京大学大学院総合文化研究科身体運動科学）体力科学 63(1):32 2014

(2) Aoki K. et al. Pilot study: Effects of drinking hydrogen-rich water on muscle fatigue caused by acute exercise in elite athletes. Med Gas Res. 2012 Jul 12;2:12. doi: 10.1186/2045-9912-2-12. PMID: 22520831; PMCID: PMC3395574.

※本記事は宮川路子先生のホームページ『宮川路子の水素栄養療法』にて掲載された『細胞におけるエネルギー代謝（ATP回路）　健康の基本はミトコンドリアから』を、許可を得た上で転載しております。https://eiyouryohou.com/?p=1598